周淑英，蔣 碧

(1.浙江省防汛機(jī)動(dòng)搶險(xiǎn)總隊(duì)衢州支隊(duì)，浙江 衢州 324000；2.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000)

1 流域概況

開(kāi)化縣位于浙江省西部，錢塘江發(fā)源地，浙、皖、贛三省七縣交界處。受復(fù)雜的氣候條件和特殊的地形條件影響，臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨引發(fā)的溪河洪水和由此誘發(fā)的滑坡、泥石流等山洪災(zāi)害極易發(fā)生[1]，山洪災(zāi)害的防御已經(jīng)成為防汛抗災(zāi)中的一個(gè)重點(diǎn)[2]。金村溪流域多山地地形，河流為典型的山區(qū)性河流，流域內(nèi)以山地丘陵為主，只有零星河谷平原，成為河道兩岸主要的糧食種植地。

金村溪河段峽谷較多，谷窄流急，兩岸山高坡陡，巖石裸露。洪水暴漲暴落，變幅較大，加之上游水土流失嚴(yán)重，河道逐年淤積嚴(yán)重。現(xiàn)有河道護(hù)岸擋墻單薄，基礎(chǔ)埋深淺，抗沖能力差，遭遇暴雨時(shí)，極易引發(fā)山洪，沖毀堤防護(hù)岸，沿岸農(nóng)田更是年年受災(zāi)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。頻繁的洪災(zāi)給流域內(nèi)鄉(xiāng)村造成了較大的損失，嚴(yán)重制約了流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。為提高區(qū)域防洪能力，保證流域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)?shù)厝罕娖惹幸髮?duì)金村溪進(jìn)行治理，改善防洪條件，保障村莊和農(nóng)田安全。

2 流域治理面臨的問(wèn)題

2.1 防洪能力偏低

金村溪河道防洪能力偏低，局部河段淤積嚴(yán)重?，F(xiàn)狀河道偏窄，河道行洪能力較低。加上部分地方因水土流失、山區(qū)性河道暴漲暴跌以及工程建設(shè)，部分河段淤積嚴(yán)重，擠占了行洪斷面，導(dǎo)致河道行洪能力不足，容易引發(fā)洪水漫堤。同時(shí)河道內(nèi)存在的淤積、棄渣、建筑和生活垃圾等影響村容村貌，污染農(nóng)村環(huán)境。

2.2 護(hù)岸破損嚴(yán)重

現(xiàn)有的護(hù)岸堤身破損，部分河段護(hù)岸堤腳沖刷嚴(yán)重?，F(xiàn)狀堤防護(hù)岸多為早年興建，填筑質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)單薄，加上已運(yùn)行多年，老化嚴(yán)重，局部滑坡、倒塌；部分河段岸坡?lián)鯄A(chǔ)埋深淺，受洪水沖刷，基礎(chǔ)外露受損，存在安全隱患；部分河道為土質(zhì)自然岸坡，河岸沖刷滑塌。堤防護(hù)岸現(xiàn)狀不利于群眾安居樂(lè)業(yè)與人居環(huán)境的改善，一定程度上制約了區(qū)域綜合競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

2.3 水土流失嚴(yán)重

由于山區(qū)可耕地少，經(jīng)濟(jì)落后，在六七十年代，為了增加可耕地，在河道上圍灘造地，致使河道過(guò)水?dāng)嗝娌粩鄿p少。山區(qū)出現(xiàn)人多地少的狀況，農(nóng)民迫于生計(jì)，在山坡地上開(kāi)荒種植，由此河流長(zhǎng)期受人類生產(chǎn)活動(dòng)的影響，植被覆蓋度逐漸降低，加之山高坡陡、降水量多、強(qiáng)度大，容易造成水土流失，導(dǎo)致下游河床抬高，降低水利工程的防洪、蓄水及行洪能力，加劇山洪災(zāi)害的發(fā)生。

3 防洪溝治理工程方案設(shè)計(jì)

3.1 治理任務(wù)

金村溪山洪溝治理工程的任務(wù)主要為防洪，兼改善河道生態(tài)環(huán)境。根據(jù)保護(hù)區(qū)的重要性及規(guī)模的大小，對(duì)治理范圍內(nèi)河道護(hù)岸進(jìn)行加高、加固，對(duì)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，提高其防洪能力至10年一遇。

3.2 防洪水利計(jì)算

金村溪屬山區(qū)性河道，采用一維恒定非均勻流進(jìn)行防洪水利計(jì)算[3-4]，采用HEC-RAS(hydrologic engineering center’s river analysis system)計(jì)算軟件構(gòu)建一維恒定非均勻流模型[5]。

HEC-RAS軟件能夠?qū)绷?Fr>1)、緩流(Fr<1)和臨界流(Fr=1)三種流態(tài)進(jìn)行水面線計(jì)算。計(jì)算原理基于一維能量方程，采用標(biāo)準(zhǔn)逐步推算法(standard step method)求解[6]。一維恒定非均勻流計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Z1，Z2—分別為上、下斷面河底高程；

Y1，Y2—分別為上、下斷面水深；

V1，V2—分別為上、下斷面平均流速；

α1，α2—分別為上、下斷面動(dòng)能校正系數(shù)；

hg—水頭損失。

水頭損失包括摩阻損失與局部損失兩部分，由公式(2)計(jì)算：

(2)

式中：L—按流量加權(quán)長(zhǎng)度；

C—斷面擴(kuò)張或收縮系數(shù)。

模型計(jì)算考慮河道主槽和河灘地的調(diào)蓄作用，也考慮河道上的堰壩、橋梁等建筑物的影響?，F(xiàn)狀工況水利計(jì)算時(shí)，考慮低矮堤防堤內(nèi)的蓄洪過(guò)洪作用。規(guī)劃工況水利計(jì)算時(shí)，考慮規(guī)劃工程布局方案，以盡可能摸擬河道實(shí)際情況為原則。

3.3 工程規(guī)模

工程兩側(cè)離居民區(qū)較近，河道拓寬難度較大，因此工程設(shè)計(jì)主要以新建護(hù)岸、堤防與加固破損護(hù)岸的形式，設(shè)計(jì)軸線基本沿自然岸線布置。工程分五豐段、五福段、金路段、金村段、黎明段、西塢段共六段，共整治河道總長(zhǎng)3.59 km，新建與加固護(hù)岸長(zhǎng)3.39 km，新建堤防長(zhǎng)0.33 km。

3.4 主要建筑物設(shè)計(jì)

3.4.1 堤防設(shè)計(jì)原則

本工程的主要建筑物為堤防與護(hù)岸,根據(jù)各河段地形地質(zhì)條件、水流沖刷、現(xiàn)狀堤防結(jié)構(gòu)、岸邊建筑物分布等情況，考慮與現(xiàn)狀河道堤距與規(guī)劃堤距盡可能的匹配，同時(shí)結(jié)合穩(wěn)定計(jì)算擇優(yōu)選定，堤防設(shè)計(jì)采用以下原則：

(1)行洪堤距及過(guò)水?dāng)嗝鏉M足規(guī)劃防洪、排澇要求；

(2)堤防斷面滿足整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求；

(3)在滿足河道行洪斷面要求的前提下，盡量減少拆遷與對(duì)兩岸農(nóng)田的占用。

3.4.2 堤型設(shè)計(jì)

防洪堤型式按照因地制宜、就地取材的原則，并根據(jù)河段所在的位置的地質(zhì)條件、水流特性、施工條件、運(yùn)用管理及環(huán)境景觀等因素以及與上下游老堤防結(jié)構(gòu)型式的銜接，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較綜合確定[7-8]。

本次工程中黎明村段以自然岸坡為主，無(wú)防護(hù)能力，左岸居住人口密集，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)，設(shè)計(jì)該段新建堤防。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘地形，就直立式、復(fù)合式兩種斷面進(jìn)行比較(見(jiàn)圖1，圖2)。

圖1 干砌塊石直立式擋墻斷面

圖2 復(fù)式擋墻斷面

方案1，采用如圖1所示干砌塊石直立式擋墻，堤頂設(shè)置2.5 m寬C20混凝土道路，供附近居民與小型農(nóng)用器械使用，為減少擋墻后耕地占用，擋墻背水側(cè)設(shè)置小擋墻，并設(shè)置C20混凝土灌排渠道供治理區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉、排水。

方案2，采用圖2復(fù)式擋墻，一級(jí)擋墻沖刷嚴(yán)重采用漿砌石材料，設(shè)置2.0 m寬C20混凝土游步道共居民使用，一級(jí)擋墻與二級(jí)擋墻間采用1 ∶1.5草皮護(hù)坡連接，二級(jí)擋墻采用干砌石擋墻，設(shè)2.5 m寬C20混凝土道路供附近居民與小型農(nóng)用器械使用，擋墻背水側(cè)設(shè)置C20混凝土灌排渠道供治理區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉、排水。

從表1可以看出，兩種方案均具有較好的技術(shù)可靠性，方案1每延米投資略高于方案2?？紤]到河道行洪時(shí)流量大、流速急的特點(diǎn)，且治理范圍內(nèi)對(duì)堤防抗沖刷要求較高、耕地資源稀缺，為減少對(duì)兩岸耕地的進(jìn)占，本工程主要堤防型式選用方案一的直立式擋墻，對(duì)于壩山底段上游部分，因有一定生態(tài)要求，選擇方案二的復(fù)合式斷面對(duì)現(xiàn)存竹林進(jìn)行保護(hù)。

3.4.3 護(hù)岸設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程實(shí)際情況，護(hù)岸設(shè)計(jì)的基本思路是對(duì)治理區(qū)域內(nèi)防洪能力不足的河段進(jìn)行新建護(hù)岸及堤防，對(duì)現(xiàn)有破損嚴(yán)重的護(hù)岸進(jìn)行加固、加高，提高防沖能力，工程總平面布置圖(見(jiàn)圖3)。

表1 堤防斷面型式技術(shù)比較表

圖3 金村溪重點(diǎn)山洪溝治理工程總平面布置圖

(1)五豐段、五福段

這兩段河道為新建護(hù)岸段，現(xiàn)狀河道較窄，考慮到河道行洪時(shí)流量大、流速急的特點(diǎn)，該段選擇過(guò)水?dāng)嗝娲蟮闹绷⑹綋鯄Α?/p>

(2)京路段、金村段

京路段河道為新建護(hù)岸段，考慮到自然岸坡段，現(xiàn)狀河道面寬較寬，但該段位于河道轉(zhuǎn)角，沖刷較嚴(yán)重，為減少河道進(jìn)占與對(duì)右岸農(nóng)田的影響，該段選擇過(guò)水?dāng)嗝娲蟮闹绷⑹綋鯄?。金村段河道為新建護(hù)岸段，現(xiàn)狀河道面寬較寬，但兩側(cè)為當(dāng)?shù)厮a(chǎn)養(yǎng)殖基地，政策處理方面較為困難，為了減少對(duì)兩岸土地的征用，該段選擇直立式擋墻。

(3)黎明段

該段主要保護(hù)對(duì)象為農(nóng)田和村莊，長(zhǎng)畈段與宋家門段新建護(hù)岸，為保證行洪和減少占用耕地，斷面型式采用過(guò)水?dāng)嗝娲蟆⒄嫉剌^少的直立式擋墻；下游壩山底段新建堤防，為保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境，河道轉(zhuǎn)角處采用復(fù)式擋墻結(jié)構(gòu)，下游采用占地較少的重力式擋墻。

(4)西塢段

該段主要保護(hù)對(duì)象為農(nóng)田和村莊，為保證行洪和減少占用耕地，斷面型式采用過(guò)水?dāng)嗝娲?、占地較少的重力式擋墻。

4 工程實(shí)施效果

(1)工程實(shí)施后將提高兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)和河道抗沖能力，與非工程措施結(jié)合，有效降低了山洪災(zāi)害對(duì)人民群眾生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成的危險(xiǎn)，對(duì)維持正常生產(chǎn)生活環(huán)境，穩(wěn)定社會(huì)秩序、保障安定團(tuán)結(jié)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展起到重大作用。

(2)工程實(shí)施后將顯著提高河道防洪抗沖能力，完善洪澇臺(tái)災(zāi)害防御體系，有效減輕兩岸的洪災(zāi)損失，為周邊居民創(chuàng)造穩(wěn)定的生產(chǎn)、生活環(huán)境提供保障。同時(shí)河道岸線整治工程將大大改變現(xiàn)狀河道岸線凌亂、護(hù)岸生硬破舊的現(xiàn)狀，為促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)創(chuàng)造了良好的條件。

(3)工程實(shí)施后，重新塑造了河道岸線，加強(qiáng)了河道的生態(tài)修復(fù)功能，有利于河道健康可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)了生物多樣性發(fā)展，同時(shí)為周邊居民提供了良好的濱水休閑場(chǎng)所，真正實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共處。通過(guò)岸線整治，疏浚河道，提高了堤防護(hù)岸的抗沖能力，降低山洪災(zāi)害發(fā)生的概率，減輕水土流失狀況，有利于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的保護(hù)。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)開(kāi)化縣金村溪山洪溝防洪治理技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)山洪溝防洪設(shè)計(jì)深入分析，提出了山洪災(zāi)害防治的工程措施，指出了目前流域治理存在的問(wèn)題，研究了金村溪山洪溝治理設(shè)計(jì)方案，對(duì)山洪溝防洪工程進(jìn)行了總體布置，對(duì)堤防斷面型式進(jìn)行了比選，設(shè)計(jì)并提出了不同護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，為其他相關(guān)工程提供參考。